همه ما می‌دانیم بتن یکی از مصالح اصلی در ساخت اکثر ساختمانهای کوچک و بزرگ و طرح‌‌های عمرانی است و شاید بارها از نزدیک این ماده را دیده باشیم؛ اما نوع خاصی از بتن، بتن پلیمری است که شاید نام آن زیاد به گوشتان نخورده باشد. پلیمر نوعی زنجیره شیمیایی از مولکول‌‌هاست که در کنار هم مولکول‌های بسیار بزرگی را تشکیل داده و می‌توانند در مواد، خاصیت شکلپذیری و واکنش‌پذیری مناسبی را ایجاد کنند؛ اما اینکه بتن پلیمری چگونه ساخته میشود و چه کاربردهایی دارد یک سؤال تخصصی است که در ادامه توضیح داده خواهد شد.
به طور کلی پلیمر و محصولات پلیمری از سال 1990 مورد توجه قرار گرفتند و در این سال برای اولین بار مصرف پلیمرها از نظر حجمی بیشتر از آهن بود! همانطور که گفته شد یکی از پرمصرف‌ترین مواد در ساخت و ساز، بتن است. علت این حجم استفاده از بتن می‌تواند صرفه اقتصادی در عین استحکام بالا باشد که در سازه ایجاد میکند.
اما به دلیل نواقصی مانند احتمال یخ‌زدگی، ترک خوردگی، تخریب، وجود مواد شیمیایی خورنده و مواردی از این دست در کنار آن از فولاد برای مسلح کردن بتن استفاده می‌شد و بعد از آن استفاده از مواد و ترکیبات شیمیایی مانند پلیمرها برای بهبود عملکرد بتن مورد توجه قرار گرفت.
استفاده از پلیمر همراه با بتن باعث ارتقاء خواص بتن در ساخت و ساز شد. این نوع بتنها از بتنهای سیمانی نیز بهتر عمل کردند و به همین دلیل امروزه کاربردهای فراوانی دارند. بتنهای پلیمری به طور خاص از سال 1950 مورد استفاده گسترده قرار گرفتند.
انواع بتن پلیمری از نظر حالت مواد سازنده به دو گروه جامد و غیر جامد تقسیم میشوند که در ادامه هر کدام را توضیح می‌دهیم:
بتنهای پلیمری جامد یا کامپوزیت‌‌های پلیمری موادی با وزن پایین اما مقاومت بالا در برابر عوامل جوی و واکنش‌‌هایی مناسب در برابر بارهای وارد بر سازه هستند که برای اولین بار در زمان جنگ جهانی دوم مورد استفاده قرار گرفتند.
بتنهای پلیمری غیر جامد بر اساس فرایند پلیمریزاسیون تولید میشوند. پلیمریزه شدن به معنای وصل شدن واحدهای مونومر به همدیگر است که به رشته یا شبکه‌های مولکولی سطحی و یا فضایی تبدیل میشوند و دارای وزن مولکولی بالایی هستند که پلیمر را تشکیل می‌دهند. انواع بتن پلیمری که تحت این فرایند تشکیل میشوند به یکی از دسته‌های زیر تعلق دارند:
این بتنها توسط یک سیستم مونومری باردار میشود و آماده واکنش است که در محل مورد نیاز نیز پلیمریزه میشود.
این بتنها شامل یک مونومر هستند که به مخلوط آبی بتن تازه اضافه میکنند و بعد از آن در محل پلیمریزه میشوند.
این بتنها از مخلوطی از سنگریزه و مواد پرکننده در مونومرها تشکیل میشوند و بعد در محل پلیمریزه خواهند شد.
این نوع بتن شامل مخلوطی از بتنهای گوگردی است که خواص آن توسط مواد پلیمری اصلاح میشود.
به طور کلی بتنهای پلیمری شامل 80 الی 95 درصد مواد پرکننده معدنی و گاهی مواد آلی و تنها 5 الی 20 درصد محلول مونومر برای ایجاد خواص پلیمری با آن ترکیب میشود. برای اینکه بتوان یک بتن پلیمری باکیفیت تهیه کرد باید به نکات زیر دقت شود:
با در نظر گرفتن این موارد و تغییر صحیح آنها برای کاربردهای متفاوت می‌توان انواع بتن پلیمری را با خواص دینامیکی، شیمیایی، فیزیکی، مکانیکی و حتی الکتریکی متفاوتی ساخت. در حالی که به هیچ وجه نمی‌توان این کار را برای بتنهای سیمانی انجام داد.
در حال حاضر سه نوع بتنهای پلیمری با نام‌‌های اپوکسی، پلی‌استر و پلی‌یورتان بیشترین کاربرد و میزان تولید را در حوزه ساخت و ساز دارند. از جمله پرکنندههای رایج برای ساخت این بتنها نیز می‌توان به سیلیس و کربنات کلسیم اشاره کرد. بر اساس نتایج برخی آزمایش‌ها روی انواع بتن پلیمری می‌توان از نتایج زیر نیز در ساخت این نوع بتنها استفاده کرد:
پرکننده‌ها دارای دو نوع دانه‌بندی ریز و درشت هستند! همچنین از نظر وزنی پرکنندههای سبک شامل سنگهای رسی سبک، پرلیت و سنگ پا هستند؛ اما پرکنندههای سنگین شامل قطیر، ایلمنیت، هماتیت و باریت هستند. از همه این مواد می‌توان برای تولید انواع بتن پلیمری با وزن مخصوص بین 640 تا 5200 کیلوگرم بر متر مکعب استفاده نمود.
معمولاً پرکنندههای نرم (دانه‌‌بندی‌ریز) برای کاهش تخلخل بتن استفاده میشود. از جمله پرکنندههای نرم، می‌توان به دانه‌های ریز شیشه‌ای، سرامیک و پلاستیک اشاره کرد. برای ایجاد خواص الکتریکی در بتن پلیمری معمولاً از کربن یا پودرهای فلزی استفاده میشود.
اگر بخواهیم میزان استحکام بتن در برابر ضربه، خمش و کاهش انقباض را افزایش دهیم باید از موادی مانند فیبرهای شیشه‌ای، مواد آلی و فلزی برای تولید بتن پلیمری استفاده کنیم. شایان ذکر است گاهی اوقات برای ایجاد رنگ‌های بهتر در بتن یا ایجاد خواص جذب نور در برابر خورشید از رنگ دانه‌های معدنی نیز برای بتن استفاده میشود.
یک ماده آلی نیمه جامد یا کاملاً جامد و یا شبه جامد است که دارای وزن‌های مولکولی نامشخصی است اما به طور کلی وزن مولکولی آن بالاست و زمانی که در برابر نیروی تنشی قرار می‌گیرد تمایل به جریان نشان می‌دهد.
خود نوعي رزين است که داراي قطعاتي گرم و نرم بوده که در برابر حرارت ذوب میشوند.
ترکیبات این مواد طوری است که چسبندگي خوبي با الياف شيشه دارد و برای ساخت وسایل تزئینی و اکسسوری نیز استفاده میشود. این مواد مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند و زمان پخت مورد نیاز آن کم است؛ همچنین چسبندگی خوبی نسبت به سطوح فلزی دارند. مقاومت سایشی، استحکام مکانیکی بالا و مقاومت در برابر مواد شیمیایی مخرب از دیگر مزایای این مواد هستند.
بتنهای معمولی را نیز می‌توان با مواد پلیمری برای ایجاد خواص مختلف در آن تقویت نمود. برای این کار ابتدا باید بتن را خشک و تمیز نموده و سپس خنک کرد. بعد بتن را با مواد پلیمری یا همان مونومری آغشته کرده و بعد از عمل پليمريزاسيون كاتاليتي حرارتي، بتن تقویت شده ما آماده است.
تا اینجا به خوبی با انواع بتن پلیمری و نحوه ساخت آنها آشنا شدیم؛ اما شاید این سؤال برایتان پیش بیاید که از انواع بتن پلیمری بیشتر در چه سازههایی استفاده میشود؟ از این نوع بتنها در موارد مختلفی می‌توان استفاده کرد؛ زیرا هر کدام از ترکیبات پلیمری خواص متفاوتی در بتن ایجاد میکنند؛ اما مهمترین کاربردهای بتنهای پلیمری عبارتند از:
در بتنهای معمولی اغلب مشکل خوردگی توسط گازهای اکسید کننده و مایعات وجود دارد؛ زیرا مقاومت چندانی در برابر این مواد ندارند؛ اما می‌توان با جایگزینی کامل مواد پلیمری در بتنها ترکیبی ایجاد کرد که مقاومت بالایی در برابر عوامل خورنده شیمیایی داشته باشند.
از طرفی بتنهای پلیمری نیاز به زمان کمتری برای پخت و جذب کامل آب دارند. همچنین ریختن آنها در قالب‌ها آسان‌تر و سریع‌تر انجام میشود. با تمام این خصوصیات قیمت بتنهای پلیمری از بتنهای معمولی بالاتر است؛ اما زمانی که به خواص ایجاد شده در آنها نگاه می‌کنیم واقعاً توجیه اقتصادی دارند و در دراز مدت مقرون به صرفه هستند.
در برخی شرایط نیز چاره‌ای جز استفاده از بتنهای پلیمری نداریم؛ مثلاً زمانی که بتن در برابر مواد شیمیایی خاصی قرار دارد و احتمال پدیده کاویتاسیون وجود خواهد داشت باید حتماً از بتنهای پلیمری استفاده نمود.
یکی از مهمترین موارد کاربرد انواع بتن پلیمری در ساخت قطعات پیش ساخته و نماهای ساختمانی است که دیگر معایب سنگهای معمولی را نیز ندارند. به عنوان مثال در سنگهای طبیعی به دلیل چگالی بالا تخریب‌پذیری نسبتاً زیادی در برابر عوامل جوی و مواد شیمیایی دارند.
همچنین نفوذ و جذب آب در سنگها بالاست و به دلیل خاصیت شکنندگی نمی‌توان سنگها را در ضخامت‌های دلخواه برش زد. همچنین وزن بسیار بالایی دارند که حمل و نقل آنها را سخت میکند و عایق حرارت یا صوت نیز نخواهند بود؛
اما بتنهای پلیمری تمام این موارد را داراست و با چگالی پایینی که دارند جایگزین بسیار مناسبی در تولیدات پیش ساخته و سنگهای تزئینی به عنوان نما هستند. مزایای استفاده از بتن پلیمری در ساخت نماهای ساختمانی و قطعات پیش ساخته عبارتند:
یکی از کاربردهای مهم بتنهای پلیمری در ساخت صفحات ضد گلوله است. اگر حجم و وزن را در نظر نگیریم از بتنهای سیمانی معمولی نیز می‌توان برای ساخت صفحات ضد گلوله استفاده کرد.
در صورتی که به جای سیمان از رزین به عنوان مواد ترکیبی در بتن استفاده نماییم مقاومت مکانیکی آن به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش پیدا کرده و وزن صفحه نیز کاهش پیدا خواهد کرد.
برای ساخت این صفحات از 12 درصد رزین، 3 درصد تقویت کننده شامل لاستیک الیاف شیشه و پودر استفاده میشود. معمولاً این صفحات گلوله‌‌هایی با انرژی 2400 ژول را مهار میکنند و میزان خسارات ناشی از تخریب را به شدت کاهش می‌دهد.
سخن آخر
همانطور که ملاحظه کردید ابداع بتنهای پلیمری تحولی عظیم در ساخت و ساز و استفاده از بتن ایجاد کرده است. در واقع استفاده از ترکیبات پلیمری مختلف خواصی را برحسب کاربرد در بتن برای ما ایجاد میکند که برای سازههای خاص به آنها نیاز داریم تا هزینه نگهداری و زمان اجرای یک پروژه به حداقل برسد.
همچنین به دلیل امکان تولید بتنهای پلیمری رنگی به خصوص برای نماهای ساختمانی و وسایل تزئینی می‌توانیم به خوبی از آنها به جای سنگ استفاده کنیم. هزینه بتنهای پلیمری از بتنهای سیمانی بالاتر و از سنگ پایین‌تر است؛ اما در کل در طولانی مدت کاملاً توجیه اقتصادی دارد.